라용호·이철로 전북대 교수팀, 초감도 반도체 광센서 기술 개발

왼쪽부터 라용호 이철로 전북대 교수/뉴스1

(전북=뉴스1) 임충식 기자 = 효율적으로 자외선 검출을 할 수 있는 기술이 전북대학교 연구팀에 의해 개발됐다.

전북대는 신소재공학부 라용호, 이철로 교수 연구팀이 기존 자외선 광센서의 광응답률과 검출률을 획기적으로 향상시킬 수 있는 마이크로선 반도체 광검출기 개발에 성공했다고 6일 밝혔다.

연구팀에 따르면 광센서용 반도체 소재 중에서 질화갈륨(GaN)은 고온 안정성과 긴 수명, 낮은 구동 전압 및 저소비전력, 그리고 초소형 박형화 가능 등 많은 장점을 지녔다. 이 때문에 차세대 광센서 중에서 가장 각광을 받고 있다.

하지만 질화갈륨 반도체 소재 안에 높은 결함 밀도, 낮은 광 전도성 이득, 그리고 낮은 전하 캐리어 이동도는 고효율 광센서 제작 및 상용화에 커다란 걸림돌로 작용했다.

이에 연구팀은 이 같은 문제점 개선에 나섰고, 해결책을 찾아내는 데 성공했다.

연구팀은 광 전도성 이득을 획기적으로 향상시킬 수 있는 비표면적이 극대화된 질화갈륨 마이크로선 구조를 유기금속화학증착법(MOCVD)을 통해 새롭게 개발했다.

또 ‘풀-프렌켈 효과’를 적용을 통해 기존 광센세용 반도체 소재에서 효율성 저하의 원인이었던 전위 결함도 해결했다. 이 방식은 전위 결함을 전하 장벽이 아닌 전하 캐리어의 이동 경로로 이용하는 신개념 에너지 밴드갭 메커니즘이다.

실험결과 이번에 개발된 자외선 반도체 광센서는 기존 필름 구조의 자외선 반도체 광센서에 비해 광 응답률 및 검출률이 비약적으로 향상된 것으로 확인됐다.

연구팀은 “이번 기술은 유기금속화학증착법을 통해 제조됐기 때문에 대량 생산도 가능하다”며 “자외선 반도체 광센서뿐만 아니라 가시광 광센서에도 응용이 가능, 미래의 자율주행, 의료, 우주 및 군사, 신재생 에너지, 사물 인터넷, 광통신 등에서 널리 활용될 수 있을 것”이라고 기대감을 밝혔다.

한편 이번 연구 결과는 재료 분야 최고 권위 학술지 중 하나인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’에 게재됐다.

94chung@news1.kr